精細(xì)化工行業(yè)蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)優(yōu)化

蓄熱式熱氧化爐（RegenerativeThermalOxidizer，RTO）采用高熱容量的蜂窩狀陶瓷作為蓄熱體，待處理有機(jī)廢氣與蓄熱陶瓷體進(jìn)行換熱升溫后，在氧化室中升溫至760℃燃燒，使其中的VOCs成分氧化分解成二氧化碳和水，凈化后的達(dá)標(biāo)氣體與蓄熱陶瓷體進(jìn)行換熱降溫后經(jīng)煙囪排入大氣。在國(guó)外，蓄熱式熱氧化爐的市場(chǎng)占有份額高達(dá)70%。國(guó)內(nèi)VOCs治理常用的技術(shù)有冷凝法、吸收法、吸附法、熱力破壞法、膜分離法、低溫等離子體、光催化氧化、生物處理法等。精細(xì)化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）具有種類繁多、組分復(fù)雜、波動(dòng)性大等特點(diǎn)。目前常用的處理技術(shù)很難保證VOCs廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。RTO具有凈化效率高、可適用組分復(fù)雜波動(dòng)性大的VOCs、熱回收效率高、運(yùn)行穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前適用性最好、凈化效率最高的VOCs治理裝置，隨著國(guó)家對(duì)VOCs廢氣排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，RTO在精細(xì)化工行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

然而，在實(shí)際運(yùn)行中，部分企業(yè)和供應(yīng)商僅考慮系統(tǒng)的凈化效率和能耗，而忽視了系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)，導(dǎo)致RTO系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中時(shí)有安全事故發(fā)生。根據(jù)《大氣污染治理工程技術(shù)導(dǎo)則》、《蓄熱燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）》等規(guī)范，RTO系統(tǒng)主要包括污染氣體收集和輸送系統(tǒng)、氣態(tài)污染物熱力燃燒系統(tǒng)、控制與安全要求等。針對(duì)RTO系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)，本文依據(jù)規(guī)范要求并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，從廢氣輸送管道設(shè)計(jì)、RTO系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)（含控制與安全要求）、RTO系統(tǒng)調(diào)試三個(gè)方面提出了以下幾點(diǎn)分析和建議，供大家借鑒。1、廢氣輸送管道設(shè)計(jì)1.1生產(chǎn)車間輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)精細(xì)化工行業(yè)的產(chǎn)品通常是間歇式生產(chǎn)，廢氣排放氣量波動(dòng)性較大，生產(chǎn)車間輸送風(fēng)機(jī)如采用定頻控制，車間支管段內(nèi)壓力也會(huì)隨廢氣排放氣量波動(dòng)而變化，存在支管段內(nèi)廢氣壓力不穩(wěn)而泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。因此，車間輸送風(fēng)機(jī)前端建議增加壓力檢測(cè)點(diǎn)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置壓力參數(shù)，與車間輸送風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖變頻控制，維持車間支管段內(nèi)壓力穩(wěn)定。1.2廢氣輸送管道坡度和排凝設(shè)置精細(xì)化工行業(yè)廢氣成分復(fù)雜，波動(dòng)性大，車間預(yù)凈化一般會(huì)設(shè)置有冷凝和噴淋系統(tǒng)，起到“消谷平峰”的作用，然而，經(jīng)過(guò)冷凝和噴淋后的廢氣含有大量飽和水蒸氣，如設(shè)計(jì)不合理，廢氣輸送管道的拐點(diǎn)和低點(diǎn)會(huì)有積液凝聚，夏季積液揮發(fā)可能引發(fā)VOCs濃度超爆炸下限的風(fēng)險(xiǎn)，冬季積液凍結(jié)則可能造成管道損壞引發(fā)廢氣泄露的風(fēng)險(xiǎn)。因此，廢氣輸送管道應(yīng)依據(jù)《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，設(shè)計(jì)管道坡度，并在管道拐角和低點(diǎn)設(shè)置排凝點(diǎn)，定期排凝，避免管道內(nèi)積液現(xiàn)象的產(chǎn)生。1.3廢氣輸送管道防靜電設(shè)置廢氣輸送管道一般距離較長(zhǎng)、管線復(fù)雜，氣體流速較快，管道內(nèi)會(huì)有靜電產(chǎn)生，如靜電大量積聚，會(huì)引發(fā)爆炸等安全事故。因此，廢氣輸送管道建議采用金屬管道，并依據(jù)《石油化工靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，做好管道法蘭跨接和靜電接地。1.4廢氣輸送管道壓力控制設(shè)計(jì)依據(jù)《大氣污染治理工程技術(shù)導(dǎo)則》要求，廢氣輸送管道整體宜呈微負(fù)壓狀態(tài)，可有效避免各管道內(nèi)廢氣泄露、相互串氣的風(fēng)險(xiǎn)。因此，廢氣輸送管道需要做風(fēng)壓平衡計(jì)算，確保管道呈微負(fù)壓狀態(tài)。以浙江嘉興某醫(yī)藥企業(yè)為例，計(jì)算步驟如下：1）確定計(jì)算范圍：各單元風(fēng)機(jī)出口到RTO前風(fēng)機(jī)入口。2）參照《簡(jiǎn)明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，在6～14m/s流速范圍內(nèi)根據(jù)廢氣流量計(jì)算廢氣輸送管道管徑。3）運(yùn)用風(fēng)壓平衡計(jì)算軟件：PipeFlowExpert。4）選取介質(zhì)為廢氣（空氣），基本參數(shù)如表1所示。5）管道材質(zhì)選擇，該企業(yè)管道材質(zhì)選取PP，絕對(duì)粗糙度系數(shù)為0.005mm。6）管道走向繪制、管段長(zhǎng)度和管徑輸入。7）各單元廢氣流量輸入、RTO前風(fēng)機(jī)壓力擬輸入。8）得出該企業(yè)全廠風(fēng)壓平衡計(jì)算數(shù)據(jù)，如圖1所示。由圖1可知，該企業(yè)各節(jié)點(diǎn)位置負(fù)壓最小值為－350Pa，處于微負(fù)壓狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)要求。此外，建議在廢氣輸送管道與車間各支管節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置壓力檢測(cè)點(diǎn)，遠(yuǎn)傳操作界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保廢氣輸送管道與車間支管節(jié)點(diǎn)位置負(fù)壓，避免各節(jié)點(diǎn)位置泄漏、串氣。1.5廢氣輸送管道阻火器和壓力泄放設(shè)置通過(guò)對(duì)江蘇多家醫(yī)藥化工企業(yè)RTO爐的安全事故調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)廢氣輸送管道是目前發(fā)生爆炸事故的重災(zāi)區(qū)，因此，各生產(chǎn)車間出口管道上建議設(shè)置阻火器，避免爆炸事故擴(kuò)散到各生產(chǎn)車間，并在廢氣輸送管道的關(guān)鍵位置設(shè)置泄爆口，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠及時(shí)、有效的泄爆。依據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，RTO屬于明火設(shè)備，如RTO系統(tǒng)回火，會(huì)引發(fā)廢氣輸送管道起火或爆炸等安全事故，因此，廢氣輸送管道與RTO系統(tǒng)主體對(duì)接位置需設(shè)置阻火器，防止并阻斷RTO系統(tǒng)回火。2、RTO系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)此外，精細(xì)化工的RTO焚燒系統(tǒng)區(qū)別噴涂機(jī)印刷行業(yè)，精細(xì)化工行業(yè)的廢氣特點(diǎn)及處理難度均比這幾個(gè)行業(yè)復(fù)雜/難得多，RTO系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)應(yīng)更加注意如下5點(diǎn)。2.1、RTO設(shè)備材質(zhì)選型精細(xì)化工行業(yè)廢氣中常含有鹵代烴、無(wú)機(jī)氯離子、硫、氮等元素，燃燒過(guò)程中會(huì)有氯化物、硫化物等腐蝕性較強(qiáng)的物質(zhì)產(chǎn)生，因此，RTO設(shè)備材質(zhì)選型應(yīng)結(jié)合企業(yè)廢氣性質(zhì)考慮，否則RTO設(shè)備各結(jié)構(gòu)件極易腐蝕損壞，存在RTO設(shè)備變形、坍塌、廢氣泄漏等安全風(fēng)險(xiǎn)。2.2、RTO爐體內(nèi)部清洗設(shè)置調(diào)研過(guò)江蘇多家醫(yī)藥化工企業(yè)RTO爐，發(fā)現(xiàn)大部分企業(yè)RTO爐在運(yùn)行一段時(shí)間后，蓄熱床層底部有二次污染物大量積聚（如上圖）、黏附現(xiàn)象，易造成蓄熱床層底部堵塞，引發(fā)火災(zāi)等安全事故。以江蘇鹽城某醫(yī)藥企業(yè)為例，經(jīng)過(guò)取樣試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，該二次污染物具有以下特性：1）良好的水溶性，同時(shí)易溶于乙醇；2）滴加堿液后有明顯有機(jī)胺異味；3）馬沸爐中加熱至250℃后發(fā)生升華現(xiàn)象，直接在爐壁結(jié)晶，加熱至300℃發(fā)生不完全燃燒；4）水溶液COD高達(dá)數(shù)萬(wàn)mg/L，且水溶液含有大量氯離子。綜上所述初步預(yù)計(jì)為三乙胺鹽酸鹽，針對(duì)該類企業(yè)，RTO蓄熱床層底部建議增設(shè)清洗裝置，對(duì)底部蓄熱陶瓷體定期清洗，避免有機(jī)物黏附現(xiàn)象的產(chǎn)生。2.3、RTO爐體壓力泄放設(shè)計(jì)RTO爐蓄熱床層堵塞或某一時(shí)間段廢氣濃度驟升時(shí)，RTO燃燒室存在超壓的風(fēng)險(xiǎn)，因此，RTO燃燒室上應(yīng)設(shè)置泄壓閥，并在RTO進(jìn)出口管路設(shè)置壓差檢測(cè)裝置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置壓差參數(shù)，與RTO控制程序聯(lián)鎖，當(dāng)進(jìn)出口管路的壓力差值大于設(shè)定值時(shí)，及時(shí)打開泄壓閥泄壓。2.4、LEL在線監(jiān)測(cè)設(shè)置RTO系統(tǒng)上應(yīng)設(shè)置LEL在線監(jiān)測(cè)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待凈化廢氣濃度值，當(dāng)廢氣濃度瞬時(shí)值超過(guò)設(shè)定安全值后，采取稀釋、走旁通等應(yīng)對(duì)措施，避免高濃度廢氣直接進(jìn)入RTO爐體從而引發(fā)安全事故。LEL在線監(jiān)測(cè)的安裝位置和選型應(yīng)從時(shí)效性、準(zhǔn)確性等方面考慮，確保RTO系統(tǒng)能夠及時(shí)、有效的做出應(yīng)對(duì)措施，一般醫(yī)藥企業(yè)廢氣總管混合廢氣濃度波動(dòng)性大，比如某時(shí)刻該時(shí)間段混合廢氣濃度峰值在爆炸下限的27.3%，超過(guò)爆炸下限的25%，